大型高爐內(nèi)置壓力設備及維修方法研究

呂亞鳴

（山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司檢修事業(yè)部，山東 濟南 271104）

隨著社會經(jīng)濟發(fā)展，鋼鐵行業(yè)作為我國社會經(jīng)濟發(fā)展的重要支柱，新時期背景下，其面臨著產(chǎn)能過剩、競爭激烈、利潤率低等多種問題，因此，鋼鐵企業(yè)需不斷改革創(chuàng)新，對于高爐設備維護工作要利用現(xiàn)代化技術對其進行維修養(yǎng)護，使其加快轉型升級步伐。且由于高爐內(nèi)置設備較復雜，其工序和維護數(shù)據(jù)信息獨立存在，缺乏科學合理維護管理技術，因此，要加大對其相關數(shù)據(jù)信息的整合，通過對數(shù)據(jù)進行分析和加工利用信息化、智能化在線維修技術，使其充分發(fā)揮自身價值，推動高爐設備維護工作有效開展。 通過建立信息化、智能化維護管理模式，最大程度提高企業(yè)生產(chǎn)效率，有效控制生產(chǎn)成本，提升企業(yè)經(jīng)濟效益，提高企業(yè)市場競爭力[1]。

1 大數(shù)據(jù)時代下高爐設備的發(fā)展

新時代背景下，通過利用現(xiàn)代化科學技術手段構建高爐維護管理作為關鍵大數(shù)據(jù)處理中心。有效結合信息技術、物聯(lián)網(wǎng)技術等多種技術，構建大數(shù)據(jù)處理中心，將高爐相關工序和數(shù)據(jù)信息進行整合，將其由部分組成整體。

大型高爐風口設備是爐前重點設備之一，其主要包含風口小套和風口中套(下稱風口和中套)，設備材質(zhì)為純銅。由于高爐生產(chǎn)時的高溫沖刷、爐內(nèi)懸料的墜落，往往會導致風口和中套設備損壞，進而致使設備內(nèi)部的水冷循環(huán)系統(tǒng)外露，在這種情況下高爐必須休風對中套設備進行更換。使其在維護時綜合所有工序進行，有效確保其設備的正常運行，針對其主體工序和附屬工序數(shù)據(jù)信息可實現(xiàn)同步采集和預處理，從而為高爐在線維護管理集約化、精確化的實現(xiàn)提供基礎和前提。如圖1所示為高爐大數(shù)據(jù)網(wǎng)絡平臺。

針對大型高爐設備本體和其附屬工序相關數(shù)據(jù)信息，通過大數(shù)據(jù)云平臺能夠實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息采集自動化。對于其具體采集數(shù)量、采集周期需結合數(shù)學模型、可視化監(jiān)控系統(tǒng)相關要求進行。高爐設備維護管理大數(shù)據(jù)云平臺通過充分利用現(xiàn)代化先進技術，將附屬工序和主體有機結合，促使高爐整體數(shù)據(jù)鏈充分融合。同時，通過利用全方位高爐風口 CCD 圖像，借助其圖像識別技術搭建高爐風口回旋區(qū)三維模型，能夠將回旋區(qū)分布情況可視化呈現(xiàn)給工作人員，使維護人員及時發(fā)現(xiàn)風口區(qū)出現(xiàn)的問題等，有效判斷高爐爐缸工作狀態(tài)。并在多種影響因素情況下能夠實現(xiàn)對其侵蝕三維可視化監(jiān)控，對其進行詳細具體的侵蝕診斷和安全評估，科學合理掌握爐內(nèi)安全厚度和安全預警線，從而制定針對性安全維護技術措施，確保高爐質(zhì)量安全。近幾年，我國高爐逐漸完成轉型，且高爐維護技術不斷提高，為高爐在線維護管理規(guī)范化、標準化實現(xiàn)提供了有力保障。確保高爐維護管理中能夠進行智能分析、預測、診斷，從而實現(xiàn)可視化管理，促進鋼鐵企業(yè)健康長久發(fā)展。

圖1 高爐大數(shù)據(jù)網(wǎng)絡平臺

2 新時代背景下大型高爐設備維修中存在的問題

隨著社會經(jīng)濟發(fā)展，鋼鐵企業(yè)發(fā)展快速，但其生產(chǎn)過程中大型高爐設備中仍存在一些問題。

（1）高爐設備熱風爐爐頂開裂。主要表現(xiàn)為其焊縫出現(xiàn)裂縫，維修人員將其進行焊接，使用后再次出現(xiàn)拱頂焊縫開裂，并發(fā)現(xiàn)靠近爐殼板焊縫地方出現(xiàn)大量裂紋，其母體上也出現(xiàn)部分裂紋。首先，由于在煉鐵過程中，大型高爐內(nèi)部設備縫隙間焊接質(zhì)量較差，其咬邊、未熔合等焊接不足之處突出，焊接時的不足導致設備承受應力集中，使得焊縫裂開。其次，高爐內(nèi)部設備受硫、氯根等多種腐蝕性較強物質(zhì)腐蝕造成爐殼出現(xiàn)點蝕和均勻腐蝕的情況，從而形成較大的腐蝕坑，且其底部突出部分出現(xiàn)應力集中點。最后高爐設備中，受燒爐期和送風期不斷交替影響，爐內(nèi)壓力具有周期性，很大程度上會產(chǎn)生交互變化應力，進一步導致應力集中部分開裂或已開裂位置裂紋不斷擴大。殘缺應力、腐蝕物質(zhì)、交互變化應力作為大型高爐設備爐殼開裂的主要影響因素，其開裂本質(zhì)是應力腐蝕嚴重導致的設備疲勞開裂。如圖2所示：

圖2 高爐設備運行燃燒控制原理

（2）大型高爐設備爐管道溫度過高。其設備在正常工作中焊縫出現(xiàn)開裂漏風，導致煉鐵生產(chǎn)工作不能順利進行，其鍋爐內(nèi)設備金屬管道部分波紋補償器出現(xiàn)溫度高、焊縫開裂的情況，通常是由于耐熱材料縫隙過大和耐火磚開裂或脫落等，從而使得爐內(nèi)設備出現(xiàn)竄氣問題。

（3）高爐內(nèi)金屬結構系統(tǒng)腐蝕嚴重。高爐設備中金屬支管出現(xiàn)腐蝕導致氣體泄漏，主要表現(xiàn)為金屬管道的壁厚逐漸變薄，預熱效果明顯下降。其原因是由于金屬管道和預熱器受腐蝕嚴重，腐蝕物質(zhì)主要是硫化物和氯根兩種，而氯根含量最大。雖在實際工作中高爐設備維護人員會在高爐內(nèi)部中噴灑堿液，然而這種方法只是減輕了設備的腐蝕，沒有徹底根除腐蝕物對設備的危害。

3 高爐設備在線維修的有效措施

3.1 建立健全相關高爐維修管理制度

結合大型高爐設備爐頂及熱風管道的實際情況，企業(yè)應加強溫度檢測和器件形變檢測手段，建立健全相關維護管理制度，嚴格按照相關標準對其進行維修，使其處于控制范圍內(nèi)，有效規(guī)避安全隱患發(fā)生，及故障惡化。根據(jù)目前設備情況，改善傳統(tǒng)設計風溫使用，結合實際情況，確保其溫度符合相關標準要求，有效降低溫度。同時，其設備在維修養(yǎng)護時，要嚴格檢測耐熱材料綜合多種因素對其進行分析，并和設計進行比較，其中，針對最為重要的拱頂、出風管道三岔口、波紋補償器、管道接口等極易出現(xiàn)故障的區(qū)域，需制訂針對性應對措施，不斷完善相關設計方案。且工作人員要總結以往安全事故教訓，以實際問題為主，制定針對性高爐設備緊急事故預案，從而有效確保其設備的正常使用，將其安全事故徹底根除或將其控制在最小范圍內(nèi)?？筛鼡Q金屬管道，增加管道壁厚，爐內(nèi)刷防腐漆預防安全事故發(fā)生。通過將預熱器換為板式換熱器，能夠有效解決其不足，有效提高傳熱效率，加強其腐蝕性，延長其設備使用壽命等。有效確保大型高爐設備高水平運行，減少材料的消耗，降低高爐設備運行和維修成本。且根據(jù)高爐設備特性，制定檢修、養(yǎng)護等一系列安全維護措施，確保工作人員安全。

3.2 加強大數(shù)據(jù)云平臺維修系統(tǒng)建設

通過利用現(xiàn)代化科學技術進行大型高爐設備的維修，健全大數(shù)據(jù)云平臺，將其相關數(shù)據(jù)信息進行綜合整理，從而有效加強對高爐生產(chǎn)維修的管理控制，為其設備操作人員工作開展提供幫助，通過建立數(shù)學模型能夠實現(xiàn)其設備的在線維修，如機理數(shù)模對設備進行特性分析，工藝計算模型能夠對設備進行相關數(shù)據(jù)計算整合，確保其設備在線維修的標準化和規(guī)范化，有助于提高工藝水平，建立全方位智能化體系，并在其前提下實現(xiàn)集成化和精準化，確保高爐設備各工藝維修階段和其監(jiān)測預警系統(tǒng)的全面合理。不斷加強大數(shù)據(jù)挖掘，建立其設備綜合風險評估系統(tǒng)、異常預警和診斷系統(tǒng)，促使高爐設備能夠得到及時維修養(yǎng)護管理，通過根據(jù)高爐內(nèi)原燃料條件變化，對其數(shù)據(jù)庫進行實時修改和完善，確保其設備在線維修的實效性，有效解決傳統(tǒng)設備維修過程中存在的不足，最大程度提高設備維修水平[2]。由于大型高爐工序復雜，數(shù)量龐大，種類繁多，且其分布范圍廣，因此，在對其相關設備進行在線維修時，相關維修人員在日常維修工作開展中，能夠根據(jù)大數(shù)據(jù)平臺實時掌握設備情況，通過對其數(shù)據(jù)特征分析和故障診斷，從而制定針對性解決措施，有效減少維修時間，降低維修成本，提高企業(yè)市場競爭力。

3.3 強化高爐內(nèi)部設備綜合維護

高爐內(nèi)部設備的在線維修需加強對其的綜合維護。首先，在高爐設備的維修設計或新建時設計人員要選取長壽技術，例如，科學合理設計其爐型、采取現(xiàn)代化先進設備提高其制造質(zhì)量、具備高效的冷卻系統(tǒng)、高質(zhì)量的耐熱材料、較高的專業(yè)能力和水平。其次，鋼鐵企業(yè)要強化對于高爐的操作工藝管理，嚴格根據(jù)相關標準要求選擇原燃料。最后，需提高高爐爐體維修養(yǎng)護技術，使其能夠有效對高爐設備進行維護，確保其設備能夠正常運行。因此，要做好高爐設備在線維護需按照上述三種方式進行，是高爐設備順利健康運行的有力保障，能夠有效延長其設備的使用壽命。通過不斷改進完善高爐操作工藝和爐體維修養(yǎng)護技術等多種措施保證高爐設備工作開展，對鋼鐵企業(yè)煉鐵具有重要的影響和作用。

4 結語

總而言之，新時代發(fā)展過程中，鋼鐵企業(yè)大型高爐設備的在線維修工作需嚴格按照相關規(guī)定和標準進行，而高爐大數(shù)據(jù)在線維修逐漸成為鋼鐵行業(yè)發(fā)展中的必然趨勢，通過充分利用發(fā)揮大數(shù)據(jù)挖掘和綜合檢測、評估、分析等作用，找出其內(nèi)在聯(lián)系和規(guī)律，結合其特性，對其設備情況進行有效評價、預測和診斷，對其操作人員進行操作指導，實現(xiàn)對高爐生產(chǎn)維修的實時監(jiān)控，確保高爐設備的正常運行。有效提高企業(yè)生產(chǎn)效率，促進企業(yè)生產(chǎn)活動綠色、高效、可持續(xù)開展[3]。